跑步水平上不去？你可能還需要這些物理知識，請收好

生活中處處有物理，物理中處處有生活。不知道大家有沒有這樣的印象，每個跑步教程都是在教你怎么擺臂、擺腿、如何落地、如何呼吸。可是你知道為什么要這樣嗎？老郭今天就跟大家聊聊跑步中的那些物理知識，知其然，更知其所以然，助你快速提升跑步水平。

可能有小伙伴會疑惑，老郭，你一個學物理的怎么懂跑步？這里劇透一下，我初中學校有兩塊牌子，其中一塊是XX市田徑運動學校，當年那個培養出世界冠軍的馬俊仁是我的體育老師，別的學校間操是廣播操，而我們是跑步，我的同學曾包攬世界中學生田徑運動會女子中長跑的前三。

1、內力與外力

分析跑步運動，不能把人作為一個整體看做質點，而是應該把人看作一個質點系。對于整個質點系來說，受到的外力就是地面的支持力、重力、地面的摩擦力和空氣阻力。

由于跑動過程中，人體的各個部分要發生相對位置變化，也就是說質點系中的質點會發生相對位移，這個位移是由于保持跑步動作產生的，由肌肉提供動力，這個力就是內力。

2、垂直方向上的力

包括重力和地面的支持力。跑步是一個跳躍前進的過程，當身體在神經的控制下利用內力（肌肉的力量）做出一個蹬踏地面的動作之后，地面的支持力與重力的合力，給人體這個質點系一個向上加速度，合力越大，跳起的高度就越高。

3、摩擦力

腳蹬踏地面的時候，就會與地面之間產生摩擦力。我在前文《科普：你走路的樣子很“物理” 》中介紹過，走路過程中，摩擦力非常重要，它雖然不做功，但是提供了人體內部改變肢體運動時候的沖量。沒有摩擦力，你就走不了路，當然也跑不起來。

但跑步和走有一個區別，就是如果跑步的時候前腿的落點在重心投影的前方，會產生一個阻礙系統前進的摩擦力，所以正確的跑步動作中，要求前腳的落點在重心的正下方。

4、空氣阻力

走路的時候，如果不是迎著強風，空氣阻力很微小，幾乎可以忽略不計，但是跑步的時候，空氣阻力就是一個不可忽視的因素，空氣阻力永遠都是一個阻礙跑步速度的力，速度越快空氣阻力越大，其大小與速度的平方成正比，所以短跑時候的空氣阻力是中長跑的幾倍。

所謂的慣性就是物體保持原來運動狀態的能力，包括平動慣性（用質量度量）和轉動慣性（轉動慣量）。人體作為一個質點系，不同部位的運動方式不同，所以慣性和轉動慣性的影響也不一樣。

在跑動過程中，人體的運動可以分解為4個運動的合成，垂直方向的上拋落體運動、前進方向上的直線運動、沿著身體豎直中線的旋轉運動、身體的的左右擺動。

要想做出一個正確的跑步姿勢，肌肉就必須在神經系統的協調下，控制不同的部位做出相應的動作。而這些動作都需要克服不同部位的慣性才能做出，所以慣性的影響非常大，這也是為什么跑步姿勢不對，會感覺非常累的原因，內部消耗太大了。

別人教你跑步可能都是先說腿，但我要先說擺臂，因為擺臂是跑姿的真正核心，是跑步的控制器，是跑步的節能系統。

短跑有一種原地步頻訓練，就是在原地做出跑步動作，隨著擊掌的頻率不斷提高步頻，你會發現只有提高擺臂頻率，腿的頻率才能跟上來，所以步頻其實是靠擺臂來控制的。

擺臂的另外一個作用是平衡和節能，它的作用是為了平衡送髖。很多跑步教程都強調送髖這個動作，這個動作能增加步幅，從而增加跑步速度。但如果你做一個送髖動作試試，會發現，下身繞身體的豎直中軸發生了一個旋轉。兩腿交替，下身就做出一個交替旋轉。

前面我們說了，旋轉要克服轉動慣性，需要給旋轉這部分身體一個外力矩，而擺臂恰好讓另外一部分身體向相反方向旋轉，這樣對于人的整體來說，就可以產生一個盡可能小的合力矩，不需要腳與地面摩擦來提供。正因為如此，擺臂不僅僅是讓跑步動作好看，同時也減少了額外的能量消耗。

如果把胳膊固定，你會發現想跑起來很困難。跑步的時候，依靠脊椎的靈活轉動，擺臂配合下肢形成一個非常協調的動作，跑起來才輕快。這就是為什么跑步需要人有良好的協調性的原因。

說完了胳膊（擺臂），現在可以說說腿了。前面我們提了一句，前腿的落點要在重心的正下方。如果前腿落點太靠前，你會感覺到，腳在接觸地面的瞬間受到一個向后的摩擦力，這會對人這個質點系產生一個向后的沖量，從而降低跑步的速度。

前腿落地后，開始向上向后蹬踏地面，地面給人向前的摩擦力產生向前的沖量，而向上的力則使人騰空躍起。我們知道，向上的分力，對跑步的速度沒有直接貢獻，所以如果垂直分力過大，會導致整個跑步過程中，重心的起伏太大。而重心起伏對跑步速度沒有貢獻，你反而會消耗更多的能量。

有研究表明，專業運動員的垂直重心變化會控制在6厘米之內，而一般的跑步愛好者要遜色一些，平均在10厘米左右。

如果腳的落點在重心后方呢？我只能說，這樣的話你會摔倒，因為跑步和走路一樣，腳落地的時候，都是人體以支撐腿為軸的一次轉動跌落。如果腳的落點都在重心后方，每一次跌落你的重心都會更靠前，結果就是摔倒。

我們一般大眾跑步愛好者當然不需要復雜的物理計算，但是在跑步中懂得這些知識可以更好地理解跑姿的要求，運用科學的跑姿，順應自然力，利用自然的力，會讓跑步更輕松。而且能有效避免不必要的力，減少跑步運動損傷。

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